(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼弦方向に凹形状をなす圧力面と翼弦方向に凸形状をなす負圧面とを備えた翼型部と、
前記翼型部の外周側に位置する外周側エンドウォールと、
前記翼型部の内周側に位置する内周側エンドウォールを有するガスタービン静翼において、
前記外周側エンドウォールの内周側の面である外周側エンドウォール内面が、前記翼型部の負圧面側で内向き凸形状と外向き凸形状を有し、
前記内向き凸形状の頂点が前記翼型部の前縁近傍に位置し、
前記外向き凸形状の頂点が前記翼型部の前縁と後縁の中間近傍に位置し、
前記内向き凸形状が、前記前縁よりも、ガスの流れ方向について上流側から形成され、
前記外向き凸形状よりもガスの流れ方向上流側の領域において、前記外周側エンドウォール内面の半径位置がタービン回転軸に垂直な平面において同じとなる領域が形成されており、当該領域は前記内向き凸形状の領域を通っていることを特徴とするガスタービン静翼。
【請求項２】
翼弦方向に凹形状をなす圧力面と翼弦方向に凸形状をなす負圧面とを備えた翼型部と、
前記翼型部の外周側に位置する外周側エンドウォールと、
前記翼型部の内周側に位置する内周側エンドウォールを有するガスタービン静翼において、
前記内周側エンドウォールの外周側の面である内周側エンドウォール外面が、前記翼型部の負圧面側で外向き凸形状と内向き凸形状を有し、
前記外向き凸形状の頂点が前記翼型部の前縁近傍に位置し、
前記内向き凸形状の頂点が前記翼型部の前縁と後縁の中間近傍に位置し、
前記外向き凸形状が、前記前縁よりも、ガスの流れ方向について上流側から形成され、
前記内向き凸形状よりもガスの流れ方向上流側の領域において、前記内周側エンドウォール外面の半径位置がタービン回転軸に垂直な平面において同じとなる領域が形成されており、当該領域は前記外向き凸形状の領域を通っていることを特徴とするガスタービン静翼。
【請求項３】
請求項１のガスタービン静翼において、
前記内周側エンドウォール外面の外向き凸形状の頂点が前記翼型部の前縁近傍に位置し、前記内周側エンドウォール外面の内向き凸形状の頂点が前記翼型部の前縁と後縁の中間近傍に位置していることを特徴とするガスタービン静翼。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、
前記前縁近傍とは、前記エンドウォールと前記翼型の前縁との接点を０％、前記エンドウォールと前記翼型の後縁との接点を１００％としたときに、−１０％以上４０％以下の範囲内であることを特徴とするガスタービン静翼。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、
前記中間近傍とは、前記エンドウォールと前記翼型の前縁との接点を０％、前記エンドウォールと前記翼型の後縁との接点を１００％としたときに、３０％以上８０％以下の範囲内であることを特徴とするガスタービン静翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンの静翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
翼に掛かる負荷が大きい翼では、内周側，タービンケーシング側によらずエンドウォール近傍で主流ガスの流れに対して垂直な断面での流れ、つまり二次流れが大きくなる。二次流れが大きくなることでエンドウォール近傍の流量が減少し、その分、平均径付近での流量が増加し翼負荷が増大する。その結果、全圧損失の増大を招くことが知られている。
【０００３】
翼に掛かる負荷が大きい翼における全圧損失の増大を防ぐため、エンドウォール面の形状を、非軸対称の形状にする方法が提案されている。これにより、翼列における全圧損失が低減される。この一例として、エンドウォール面に関して圧力面側に凸面、負圧面側に凹面を一対持つ曲面が形成された翼が特許文献１に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＵＳ２７３５６１２Ａ号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負圧面と圧力面で挟まれた領域における二次流れを抑制するため、エンドウォール形状について圧力勾配を指針として定義した場合、圧力面側のエンドウォール形状が凸型のエンドウォール形状になり、負圧面側のエンドウォール形状が凹型になるように決定される。しかし、この方法では圧力面と負圧面で挟まれた領域で二次流れを抑制する効果は見込めるが、翼の前縁近傍におけるエンドウォール形状定義の指針とならないため、前縁近傍で発生する馬蹄形渦の増大を抑制することができず、馬蹄形渦の影響が大きい翼型では効果が無い。
【０００６】
本発明は、翼の前縁近傍で発生する馬蹄形渦の増大を抑制すると共に、負圧面と圧力面で挟まれた領域における二次流れを抑制する効果を持つタービン静翼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
翼弦方向に凹形状をなす圧力面と翼弦方向に凸形状をなす負圧面とを備えた翼型部と、前記翼型部の外周側に位置する外周側エンドウォールと、前記翼型部の内周側に位置する内周側エンドウォールを有するガスタービン静翼において、前記外周側エンドウォールの内周側の面である外周側エンドウォール内面が、前記翼型部の負圧面側で内向き凸形状と外向き凸形状を有し、前記内向き凸形状の頂点が前記翼型部の前縁近傍に位置し、前記外向き凸形状の頂点が前記翼型部の前縁と後縁の中間近傍に位置し、前記内向き凸形状が、前記前縁よりも、ガスの流れ方向について上流側から形成され、前記外向き凸形状よりもガスの流れ方向上流側の領域において、前記外周側エンドウォール内面の半径位置がタービン回転軸に垂直な平面において同じとなる領域が形成されており、当該領域は前記内向き凸形状の領域を通っていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、翼の前縁近傍で発生する馬蹄形渦の増大を抑制すると共に、負圧面と圧力面で挟まれた領域における二次流れを抑制する効果を持つタービン静翼を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガスタービンの静翼を示した拡大図である。
【図２】翼型部の断面形状を示した図である。
【図３】タービン翼表面のマッハ数分布を示した説明図である。
【図４】タービン翼表面のマッハ数分布を示した説明図である。
【図５】ガスタービンの静翼列を示した図である。
【図６】ガスタービンの断面図を示した図である。
【図７】実施例１であるタービン翼を示した説明図である。
【図８】実施例２であるタービン翼を示した説明図である。
【図９】実施例３であるタービン翼を示した説明図である。
【図１０】外周側エンドウォール部内面を内周側から見た図である。
【図１１】内周側エンドウォール部外面を外周側から見た図である。
【図１２】前縁１２ａ付近の外周側エンドウォール部内面１０を形成する曲面を、タービン回転軸と垂直な平面で切断したとき断面図である。
【図１３】前縁１２ａ付近の内周側エンドウォール部を形成する曲面を、タービン回転軸と垂直な平面で切断したとき断面図である。
【図１４】タービン翼の全圧損失分布を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図６にはガスタービン断面図が示されている。ローター１は主として回転軸３、この回転軸３に配置された動翼４および圧縮機５の動翼（図示省略）とを備え、ステーター２は主としてケーシング７、このケーシング７に支持され動翼４に対向するように配置されている燃焼器６、それに燃焼器のノズルの役をなす静翼８を備えている。
【００１２】
このように構成されているガスタービンの概略動作を説明する、まず圧縮機５からの圧縮空気と燃料が燃焼器６に与えられ、この燃焼器内でこれら燃料が燃焼し高温ガスを発生する。そして発生した高温ガスは静翼８を介して動翼４に吹きつけられ動翼４を介してローター１を駆動する。
【００１３】
この場合高温ガス中にさらされている動翼４や静翼８は必要に応じて冷却する。その冷却媒体には圧縮機５の圧縮空気の一部が用いられている。
【００１４】
図１はタービン静翼８の拡大図を示す。図１に示すタービン静翼８はタービンケーシング７に取り付けられ、動翼４の回転軸に対して外周側、すなわちタービンケーシング側に位置する外周側のエンドウォール部と、外周側エンドウォール部内面１０から半径位置が小さくなる方向に延びる翼型部１２とを有している。さらに翼型部の半径が最も小さくなる閉局面に接してガス流路面を形成する内周側エンドウォール部外面１６が形成されている。また、翼型部１２の内部には中空部を有し、中空部に冷却媒体を流して翼を内部から冷却するように形成された翼型部を構成している場合もある。図１では入口９が冷却媒体の入口であり、矢印の方向に冷却媒体が流れ翼型部を冷却する仕組みになっている。
【００１５】
静翼８は外周壁であるケーシング７に設置されている。冷却空気供給源としては圧縮機５が用いられることが多く、冷却空気はケーシング７に設けられた冷却空気導入孔を用いて静翼８に導入される。冷却後の冷却空気は内周壁に設けられた排出孔１５より排出され、やがてはガスパス路に排出される。
【００１６】
図２は翼型部の断面形状を示す。翼型部は、翼弦方向に凹形状をなす圧力面１０ｂと、翼弦方向に凸形状をなす負圧面１０ａと、翼前縁１２ａと、翼後縁１２ｂとを有し、翼厚みが前縁側より中央側に向かうにしたがい徐々に大きくなり、かつその途中より後縁側に向かうにしたがい徐々に翼厚みが小さくなるように形成された翼型部を構成している。また、この翼型部の内部に中空部９ａ，９ｂを有し、中空部に冷却媒体を流して翼を内部から冷却するように形成された翼型部を構成している場合もある。なお図１中線矢印は冷却空気の流れを示し、横方向の枠どり矢印は高温ガス、すなわち主流作動ガスの流れを示している。
【００１７】
これらの図２において、１２ａはその前縁、負圧面１０ａは翼背側部、圧力面１０ｂは翼腹側部、１２ｂは後縁部である。中空部９ａ，９ｂが前述した空気冷却室である。この場合翼の前部の空気冷却室９ｆ1，９ｆ2には熱変換を良好にするためにフィンが設けられている。冷却後の図１の静翼と同様、冷却空気は内周壁に設けられた排出孔より排出され、やがてはガスパス路に排出される。なおこの冷却構造は対流冷却や他の冷却手段であっても構わない。重要なのはこのような冷却空気が混入するタービンのエンドウォール形状である。
【００１８】
図３は、このようなタービン静翼の内周側エンドウォール近傍の翼断面における翼面マッハ数を示した図である。内周側エンドウォール近傍における負圧面１０ａの翼前縁１２ａから翼後縁１２ｂまでの翼面マッハ数をＭｓで示し、内周側エンドウォールにおける圧力面１０ｂの翼前縁１２ａから翼後縁１２ｂまでの翼面マッハ数をＭｐで示している。図３に示すように、負圧面１０ａの翼面マッハ数は、翼前縁と翼後縁の中間部で最大翼面マッハ数Ｍ_ｍａｘを示し、中間部から翼後縁にかけて大きく減少している。これは、主流流体が複数のタービン静翼によって構成された翼列の入口から出口にかけて流れるとき、主流流体のガス膨張が行われるためである。Ｍ_ｍｉｎは圧力面１０ｂにおける最小翼表面マッハ数を指示する。Ｍ_ｍａｘとＭ_ｍｉｎの差が大きいほど、翼型部に作用する最大圧力と最小圧力の差が大きいということになり、翼に掛かる負荷が大きくなる。
【００１９】
このような翼に掛かる負荷が大きい翼では、内周側，タービンケーシング側によらずエンドウォール近傍で主流ガスの流れに対して垂直な断面での流れ、つまり二次流れが大きくなる。二次流れが大きくなることでエンドウォール近傍の流量が減少し、その分、平均径付近での流量が増加し翼負荷が増大する。その結果、全圧損失の増大を招く。
【００２０】
このような全圧損失の増大を防ぐため、内周側，タービンケーシング側のエンドウォール面の形状を、軸対称の曲面から非軸対称の形状にする方法が提案されている。これにより、翼列における全圧損失が低減される。この方法では、エンドウォール面に関して圧力面側に凸面、負圧面側に凹面を一対持つ曲面が形成されることが特徴である。
【００２１】
図５にタービン静翼列を示す。周方向に並んだ静翼８間において、負圧面１０ａ′と圧力面１０ｂで挟まれた領域における二次流れ抑制を図る際、エンドウォール形状を変更するための指針として圧力勾配に着目し形状を定義することができる。この指針に基づきエンドウォール形状を定義した場合、圧力面１０ｂ側のエンドウォール形状が凸型のエンドウォール形状になり、負圧面１０ａ側のエンドウォール形状が凹型になるように決定される。この方法では圧力面１０ｂ，負圧面１０ａで挟まれた領域で二次流れを抑制する効果があるが、前縁１２ａ近傍におけるエンドウォール形状定義の指針とならないため、前縁１２ａから発生する馬蹄形渦の増大を抑制することができず、馬蹄形渦の影響が大きい翼型では効果が小さい。
【００２２】
また、このような翼型の上流のハブ側から冷却空気等が混入してきた場合には、ハブ９での入口，出口の圧力差が更に小さくなり主流流体の減速が更に大きくなる。その結果、ハブ９の翼断面における全圧損失は更に大きくなる。
【００２３】
以下、前縁１２ａ近傍で発生する馬蹄形渦の増大を抑制すると共に、負圧面１０ａ′と圧力面１０ｂで挟まれた領域における二次流れをも抑制する効果を持つタービン静翼の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００２４】
図６で示した静翼８に注目する。図７は、本発明の実施形態であるタービン静翼８で、翼型部１２の負圧面を斜視した図である。矢印１３はガスの流れの向きを表し、前縁１２ａ側が上流側、後縁１２ｂが下流側である。Ｒは半径位置を表す座標軸である。翼型部１２の外周側には外周側エンドウォールが位置し、翼型部１２の内周側には内周側エンドウォールが位置する。この外周側エンドウォールの内周側の面である外周側エンドウォール部内面１０は、翼型部１２の負圧面側で内向き凸形状と外向き凸形状を有する。ここで翼型部の外周側とは、この静翼８をガスタービンに組み込んだときに翼型部１２に対してローター１から遠い側を意味し、内周側とは、ローター１側を意味する。また、外とは外周側、内とは内周側を意味する。各凸形状はエンドウォールの面上にあればよく、翼型部に接していても離れていても同種の効果が得られる。
【００２５】
本実施形態の静翼８は、負圧面側の内向き凸形状の頂点が、前縁近傍に位置している。
具体的には、外周側エンドウォール部内面１０と接する翼型部の前縁を０％とし後縁を１００％としたとき、内向き凸形状の頂点が−１０％以上４０％以下の範囲内に位置するように形成される。静翼８の前縁近傍領域において流体が急激に減速して渦発生の要因となることに着目し、これに対処したためである。外周側エンドウォール部内面１０の前縁近傍を内向き凸形状にすることで流速を大きくして流体の減速を抑えている。この効果は、エンドウォール部を内向き凸形状にして流路を縮小することで、流速を急激に増加させることができ、渦発生を抑制できることによる。内向き凸形状の頂点が−１０％より小さい、また、４０％より大きい範囲に位置する場合には、前縁近傍の渦発生に起因する問題を抑制する効果は小さくなってしまう。
【００２６】
本実施形態の静翼８はまた、負圧面側の外向き凸形状の頂点が前縁と後縁の中間近傍に位置している。具体的には３０％以上８０％以下の範囲内に位置するように形成されている。この領域は流速が急激に上昇し、渦が発生しやすい領域である。外向き凸形状にすることで流速を小さくし流速の急激な上昇を抑制する。外向き凸形状の頂点が３０％より小さい場合、外向き凸領域が小さくなるため流速調整量が小さくなり二次流れ抑制効果が小さい。また、８０％より大きい場合、外向き凸領域の下流側で急激な流速増加が発生し衝撃波損失により翼列性能が劣化する。
【００２７】
ここで、翼型部１２とエンドウォール部の接する箇所の構造について説明する。この箇所にはアールと呼ばれる丸みを帯びた領域が存在する。すなわちエンドウォール部と翼型部１２とは垂直に交わっているわけではない。ただしこのアールの大きさは設計時には無視される値である。本実施例では、外周側エンドウォール部内面１０と翼型部１２との接点を基準に０％〜１００％の点を定めているが、これは設計上の接点を意味するものであり、アールは考慮していないものとする。
【００２８】
次に、前縁近傍，前縁と後縁の中間近傍に関し、具体的に挙げた数値について説明する。内向き凸形状の頂点が４０％を越えると、下流側に続く凸領域の最大凸量が、翼型部とエンドウォールに設けられたアールと同程度になり、凸領域の効果が無視できる程度になってしまう。このような理由から内向き凸形状の領域は４０％以下としている。一方、外向き凸形状の頂点が３０％より小さくなると、上流側の内向き凸形状の最大凸量が、８０％より大きくなると外向き凸形状の最大凸量がアールと同程度になってしまう。そのため、外向き凸形状の領域は３０％以上８０％以下としている。
【００２９】
以上のように、本実施例の静翼８は、タービンケーシング７側のエンドウォールである外周側エンドウォール部内面１０の負圧部付近に、ガスの流れの上流側から半径位置が小さくなり内向き凸形状を形成し、そこから下流に向けて半径位置が大きくなり外向き凸形状が形成されている。静翼８をこのような形状とすることにより、矢印１３で示した主流方向において流れの急激な減速と増速を抑えて速度変化をなだらかに推移させることができ、好適な静翼８が提供できる。なお、各凸形状はエンドウォール上にあればよく、翼型部１２に接していても離れていても同種の効果を得ることができる。
【００３０】
このように構成されたガスタービンでは、タービン静翼８に向かって流入した主流流体は、翼前縁１２ａから流入し、翼型部に沿って流れ、翼後縁１２ｂから流出する。本エンドウォール形状にすることで二次流れが抑制され、翼型部負圧面１０ａに沿って流れる主流流体の外周側のエンドウォール付近の流れの減速が抑制され、静翼８の翼型部負圧面１０ａにおけるマッハ数の減少も小さくなる。その結果、静翼８の翼型部負圧面１０ａの翼断面における全圧損失を低減させることができる。そして空力負荷が高い場合においても、また混入する冷却流量が変化する場合においてもハブの翼断面における全圧損失の増大を抑制させることができる。
【００３１】
なお、外周側エンドウォール部内面１０はガス流路面を形成する面である。エンドウォールの外周側には、外周側エンドウォール部内面１０と対をなす外周側エンドウォール部外面１０′がある。この外周側エンドウォール部外面１０′と外周側エンドウォール部内面１０との距離である外周側エンドウォール厚みは、一定であっても一定でなくても構わない。
【実施例２】
【００３２】
図８は、本発明の別の実施形態に基づくタービン静翼８の翼型部負圧面１０ａを斜視した図である。図７と同様の部分は省略し、相違点のみ説明する。内周側エンドウォールの外周側の面である内周側エンドウォール部外面１６は、翼型部１２の負圧面側で外向き凸形状と内向き凸形状を有する。
【００３３】
本実施形態の静翼８は、負圧面側の外向き凸形状の頂点が、前縁近傍に位置している。
具体的には、内周側エンドウォール部外面１６と接する翼型部の前縁を０％とし後縁を１００％としたとき、外向き凸形状の頂点が−１０％以上４０％以下の範囲内に位置するように形成される。静翼８の前縁近傍領域において流体が急激に減速して渦発生の要因となることに着目し、これに対処したためである。内周側エンドウォール部外面１６の前縁近傍を外向き凸形状にすることで流速を大きくして流体の減速を抑えている。この効果は、エンドウォール部を外向き凸形状にして流路を縮小することで、流速を急激に増加させることができ、渦発生を抑制できることによる。外向き形状の頂点が−１０％より小さい、また、４０％より大きい場合には、前縁近傍の渦発生に起因する問題を抑制する効果は小さくなる。
【００３４】
本実施形態の静翼８はまた、負圧面側の内向き凸形状の頂点が前縁と後縁の中間近傍に位置している。具体的には３０％以上８０％以下の範囲内に位置するように形成されている。この領域は流速が急激に上昇し、渦が発生しやすい領域である。内向き凸形状にすることで流速を小さくし流速の急激な上昇を抑制する。内向き凸形状の頂点が３０％より小さい場合、内向き凸領域が小さくなるため流速調整量が小さくなり二次流れ抑制効果が小さい。また、８０％より大きい場合、内向き凸領域の下流側で急激な流速増加が発生し衝撃波損失により翼列性能が劣化する。負圧面側の外向き凸形状の頂点と内向き凸形状の頂点は、設計すべきタービンの空力設計条件に基づいて、矢印１３で示した主流方向において流れの急激な減速と増速を抑えて速度変化がなだらかに推移するよう、上記条件の中で最適になるように選択される。
【００３５】
次に、前縁近傍，前縁と後縁の中間近傍に関し、具体的に挙げた数値について説明する。外向き凸形状の頂点が４０％を越えると、下流側に続く内向き凸領域の最大凸量が、翼型部とエンドウォールに設けられたアールと同程度になり、凸領域の効果が無視できる程度になってしまう。このような理由から外向き凸形状の領域は４０％以下としている。一方、内向き凸形状の頂点が３０％より小さくなると上流側の外向き凸領域の最大凸量が、８０％より大きくなると内向き凸形状の最大凸量がアールと同程度になってしまう。そのため、内向き凸形状の領域は３０％以上８０％以下としている。
【００３６】
以上のように、本実施例の静翼８は、ローター１側のエンドウォールである内周側エンドウォール部外面１６の負圧部付近に、ガスの流れの上流側から半径位置が大きくなり外向き凸形状を形成し、そこから下流に向けて半径位置が小さくなり内向き凸形状が形成されている。
【００３７】
このように構成されたガスタービンでは、タービン静翼８に向かって流入した主流流体は、翼前縁１２ａから流入し、翼型部１２に沿って流れ、翼後縁１２ｂから流出する。流れの方向に外向き凸領域と内向き凸領域が上記の領域に設定されることで速度変化が緩やかになり二次流れ損失が抑制される。その結果、翼型部１２のハブの翼断面における全圧損失を低減させることができる。
【００３８】
なお、内周側エンドウォール部外面１６はガス流路面を形成する面である。エンドウォールの内周側には、内周側エンドウォール部外面１６と対をなす内周側エンドウォール部内面１６′がある。この内周側エンドウォール部内面１６′と内周側エンドウォール部外面１６との距離である内周側エンドウォールの厚みは、一定であっても一定でなくとも構わない。
【実施例３】
【００３９】
図９は、本発明の別の実施形態に基づくタービン静翼の翼型部１２の負圧面を斜視した図である。図７，図８と共通する部分は説明を省略する。本実施形態は、実施例１と実施例２を組み合わせたものである。すなわち、実施例１の静翼８の内周側エンドウォール部外面１６の外向き凸形状が前縁１２ａの近傍に位置し、内周側エンドウォール部外面１６の内向き凸形状の頂点が翼型部１２の前縁と後縁の中間近傍に位置している。本実施形態の静翼８は両実施例の長所をそれぞれ享受できることで、さらに好適な静翼を提供できる。
【００４０】
次に、各実施例の静翼を、別の角度から見た図１０〜図１３について説明する。
【００４１】
図１０は、外周側エンドウォール部内面１０を内周側から見た図を示す。縦点線部は半径位置が低くなるように形成され、横点線部は半径位置が高くなるように形成されている。１３ａはタービンケーシング側エンドウォール部の負圧側の流れ、１３ｂはタービンケーシング側エンドウォール部の圧力面側の流れである。
【００４２】
外周側エンドウォール部内面１０の負圧面側では、流れ方向１３ａにおいて前縁付近でローター１の半径位置が小さくなる向きの凸形状の領域から半径位置が大きくなる向きの凸形状の領域に移行している。また、圧力面側の流れ方向１３ｂにおいては前縁付近で半径位置が小さくなる向きの凸形状の領域から半径位置が大きくなる向きの凸形状に移行している。注意すべき点はエンドウォール部の圧力面側と負圧面側で凹面と凸面が一対になっていない一方で、負圧面側でも圧力面側でも流れ方向に凹面と凸面が一対になっている点である。
【００４３】
図１２に、図１０の前縁１２ａ付近の外周側エンドウォール部内面１０を形成する曲面を、タービン回転軸と垂直な平面で切断したとき断面図を示す。この曲面の断面を曲線Ｌ_ｅｎｄとし、翼型部１２の負圧面との交点を点Ｃ、圧力面との交点を点Ｄとする。曲線Ｌ_ｅｎｄは交点Ｃから交点Ｄまで滑らかに延びている。曲線Ｌ_ｅｎｄの半径位置は同じである。交点Ｃ，交点Ｄの半径位置，曲面Ｌ_ｅｎｄの形状は、設計すべきタービンの空力設計条件に基づいて、最適になるように選択される。
【００４４】
曲線Ｌ_ｅｎｄは図１０の前縁１２ａ付近のタービンケーシング側エンドウォール部付近で半径位置は同じであるが、この半径位置が同じである条件が全領域で設定されるわけではない。仮に半径位置が同じである条件が全領域で設定される場合、タービン翼の全圧損失増大に大きく影響する衝撃波が発生してしまう。そうすると翼の入口出口の圧力比の条件が小さくなりタービン翼の性能低下を引き起こす。
【００４５】
内周側エンドウォール部外面１６を外周側から見た図を図１１に示す。縦点線部は半径位置が高くなるように形成され、横斜線部は半径位置が小さくなるように形成されている。１３ａはエンドウォール部の負圧側の流れ、１３ｂはエンドウォール部の圧力面側の流れである。この時、内周側エンドウォール部外面の負圧面側では、流れ方向１３ａにおいて前縁付近でローター１の半径位置が大きくなる向きの凸形状の領域から半径位置が小さくなる向きの凸形状の領域に移行している。また、圧力面側の流れ方向１３ｂにおいては、前縁付近で半径位置が大きくなる向きの凸形状の領域から半径位置が小さくなる向きの凸形状に移行している。注意すべき点はエンドウォール部の圧力面側と負圧面側で凹面と凸面が一対になっていない一方で、負圧面側でも圧力面側でも流れ方向に凹面と凸面が一対になっている点である。
【００４６】
図１３に、図１１の前縁１２ａ付近の内周側エンドウォール部を形成する曲面を、タービン回転軸と垂直な平面で切断したとき断面図を示す。この曲面の断面を曲線Ｌ_ｅｎｄとし、翼型部の負圧面との交点を点Ｃ、圧力面との交点を点Ｄとする。曲線Ｌ_ｅｎｄは交点Ｃから交点Ｄまで滑らかに延びている。曲線Ｌ_ｅｎｄの半径位置は同じである。交点Ｃ，交点Ｄの半径位置、曲面１０の上面形状輪郭は、設計すべきタービンの空力設計条件に基づいて、最適になるように選択される。
【００４７】
曲線Ｌ_ｅｎｄは図１０の前縁１２ａ付近の内周側エンドウォール部外面１６付近で半径位置は同じであるが、この半径位置が同じである条件が全領域で設定されるわけではない。仮に半径位置が同じである条件が全領域で設定される場合、タービン翼の全圧損失増大に大きく影響する衝撃波が発生してしまう。そうすると翼の入口出口の圧力比の条件が小さくなりタービン翼の性能低下を引き起こす。
【００４８】
図１４は、翼型部に上下方向にわたる翼断面の全圧損失を示す図である。図１４は、エンドウォールに局地的な凹凸がない比較例と上記説明した実施形態とを比較したものである。比較例では、実線で示すように、エンドウォールにおいて、特に顕著な翼断面全圧損失が見られるが、本実施形態では、実線で示すように、内周側のエンドウォール、タービンケーシング側のエンドウォールの翼断面における全圧損失が低減され、翼型部の上下方向にわたってより均一な全圧損失が達成されている。このことは、翼型部の上下方向にわたってより均等な膨張仕事が達成されていることを意味し、それにより、タービン効率を向上させ、ガスタービンの燃費を削減することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  ローター
２  ステーター
３  回転軸
４  動翼
５  圧縮機
６  燃焼器
７  ケーシング
８  静翼
９ｈ  フィン
９ａ，９ｂ  中空部
９ｃ  圧力面
９ｆ  空気冷却室
１０  外周側エンドウォール部内面
１０ａ  負圧面
１０ｂ  圧力面
１２  翼型部
１２ａ  前縁
１２ｂ  後縁
１３  矢印
１５  排出孔
１６  内周側エンドウォール部外面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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